Способ выплавки рельсовой стали Советский патент 1984 года по МПК C21C7/06 

11 Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в стал плавильных цехах. Известен способ выплавки углеродистой стали, включающий раскисление металла ферромарганцем, силикокальци ем, ванадием и титаном: в ковш перед выпуском стали заливается 10-20% от веса плавки природнолегированного ванадием и титаном чугуна, в чугун дают 20-60% силикокальция и 10-90% ферромарганца от необходимого расхо.да их на плавку, а остальное количес во вводят в ковш под струю металлаD Недостатком данного способа является крайне неблагоприятные температурные условия процесса. Жидкий чугу температура которого не превышает ISOOc, заливают в холодный ковш (температура поверхности футеровки обычно не превьш1ает ) и подвер гают здесь резкому охлаждению, так как чугун занимает всего от 1/5 до 1/10 объема ковша. В этих уело- ВИЯХ присадка значительного количест ва раскислителей может привести не только к закозлению раскислителей в ковше, но и самого чугуна. По организационным причинам трудно точно совместить заливку чугуна в ковш и выпуск плавки. При выдержке в ковше малого объема чугуна его темпера тура быстро снижается. Велико также охлаждающее влияние чугуна: при его температуре 1300 С, минимально пред 10% и температумотренном расходе ре жидкой стали 1600 С снижение тем пературы стали только под влиянием этого фактора составит , в случае температуры чугуна 1150состави 4,5°С. Присадку раскислителей в ковш начинают с 1/3 - 1/2 высоты ковша, в этот момент температура расплава будет еще ниже. Если учесть, что при выплавке стали в конвертерах все количество раскислителей присаживают в ковш и вьшуск плавки занимает несколько минут, то закозление раскислителей при значительной, присадке их (например присадка силикомарганца при выплавке рельсовой стали составляет 1,3% от веса плавок) будет неизбежной. Наиболее близким по технической сущности к .предлагаемому является с

соб выплавки рельсовой стали, включающий продувку металла в конпертере до содержания углерода ниже марочно

тера. Нагрев чугуна осуществляется интенсивно за счет теплоизлучения в замкнутом пространстве конвертера и 9 го, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным; содержащим ванадий и титан чугуном, в количестве 5-15% от веса металла, раскисление металла в ковше ферро-марганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом С2 Недостатком известного способа является необходимость перегрева металла примерно на 30°С, что экономически невыгодно и приводит к ухудшению качества металла, усугубляет опасность выбросов металла при кон-такте чугуна с окисленными металлом и шлаком. При контакте чугуна с окисленными шлаком и металлом теряется также около 10% ванадия. Цель изобретения - уменьшение угара раскислителей, предотвращение выброса металла из конвертера и резкого охлаждения металла. Поставленная цель достигается Тем, что в способе вьтлавки рельсовой стали, включающем продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированным, содержапщм ванадий и титан /чугуном в количестве 5-15% от массы металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку металла в ковше инертным газом, согласно изобретению, после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где осуществляют его выдержку, в течение 2-5 мин, а затем сливают в ковш с металлом, при этом 20-40% общего количества силикокальция вводят под струю чугуна. Основным преимуществом предлагаемого способа является полное исключение контакта жидкого чугуна с окисленньми шлаком и металлом в конвертере, так как чугун заливается в конвертер после полного удаления металла и шлака. Это целиком исключает возможность выбросов металла из конвертера, а также окисление ванадия чугуна. Чугун с температурой сливается в конвертер сразу после выпуска металла и шлака, когда температура футеровки составляет 1580-1590 с. Конвертер на клоняют и покачивают, чугун тонким слоем разливается по стенке конверконвективного нагрева при контакте чугуна с футеровкой. Расчет показывает, что скорость нагрева чугуна в пер вую минуту составляет при расот веса металла, ходе его при расходе 10% и при расходе 15%, во вторую минуту скорость нагрева уменьшается до 40-70с в минуту. Таким образом, нагрев 5%-ного чугуна до осуществляется за 2 мин а 15%-ного - за 5 мин. При нагреве металла в конвертере до 1590 С, как показали замеры, в процессе выпуска и раскисления металла в ковше температура его снижается до 1525-1535 С. В этих условиях поступление в ковш в среднем 10%-ного чугуна с температурой около 1450 С приведет к незначи тельному снижению температуры стали (на 8О. Для рельсовой стали важно правильно подобрать режим раскисления, так как кальций, входящий в состав силикокальция является одним из основных модификаторов (как и ванадий). С учатом этого был исследован способ ввода силикокальция двумя порциями: первую большую, вводили в ковш при выпуске плавки вковш, вторую, меньшую, при сливе чугуна в ковш под струю. При этом силикокальций со струей чугуна вводили в металл, учитывая его повышенную растворимость в чугуне, и наличие всего объема металла в ковше (а не 10% его как в аналоге). Для установления доли силикокальция, вводимого в ковш во время выпус ка стали и чугуна, провели следующий эксперимент. В дуговой индукционной печи УкрНИИМЕТа выплавляют 1000 кг рельсовой стали, содержащей, %: С 0,33, МП 0,85, Si 0,35, Р 0,025, S 0,022 в индукционной печи выплавляют 100к синтетического чугуна,содержаш,его,%: С 4,3,,У 0,42, Si 0,20, Мп 0,25, Ti 0,15. В 200-кг ковше по футеровке деляют отметку на 180 кг металла (расчет по объему). Из дуговой печи 180 кг металла сливают в ковш, под струю дают часть силикокальция, затем ковш с металлом подают под индукционную печь, из нее сливают 20 к ,чугуна (до верха ковша), присаживая, оставшееся количество силикокальция под струю чугуна. Готовый металл содержит, %: С 0,72-0,75, Мп 0,81-0,84 Si 0,30-0,34, V 0,035-0,045, 10 94 Ti 0,006-0,008, Р 0,022-0,027, S 0,021-0,025. Всего налито пять ковшей с различным распределением силикокальция при выпуске стали и чугуна. Из каждого ковша отливают два 50-кг слитка, один режут для исследования макроструктуры, другой прокатывают на квадрат 56 мм. Заготовку подвергают закалке и отпуску и испытывают нд ударную вязкость (по результатам проведенных ранее исследований известно, что сталь при данном способе раскисления чиста по строчечным оксидным включениям). Макроструктура всех слитков оказалась удовлетворительной. Результаты опытов раскисления металла силикокальцием и ударная вязкость металла приводятся в таблице. Как видно из таблицы, при расходе 600 г ферросиликокальция на 200 кг металла (необходимый расход 3 кг/т стали установлен на основании многолетней практики выплавки стали с ванадием для рельсов первой группы) наилучшие результаты по ударной вязкости достигаются в плавках-ковшах 2-4, когда 20-40% ферросиликокальция присаживаются при сливе чугуна. Металлографическое исследование показало, что причиной этого является образование глобулярных включений кальциевых силикатов в стали, в то время как в металле из плавок-ковшей 1 и 5 в зкачительном количестве обнаружены вытянутые вдоль прокатки включения железо-марганцевые силикаты. Технология производства стали для рельсов первой группы согласно изобретению включает в себя проведение .таких операций в их последовательности: продувку чугуна на полупродукт следующего состава, %: С 3,2-3,6, V 0,03-0,04, до Мп 0,05 в первом . конвертере, выпуск полупродукта из первого конвертера и заливку его во второй конвертер, продувку полупродукта во втором конвертере до содержания углерода 0,10-0,55% при температуре металла 1580-1600 с, выпуск металла из конвертера, раскисление металла ферромарганцем, силикомарганцем и ферросиликокальцием (в количестве 60-80% от общего его расхода 1,8-2,4 кг/т стали) во время выпуска металла, слив шлака из конвертера, заливка-в конвертер 5-15%-ного жидкого чугуна, выдержка в конвертере чугуна в течение 2-5 мин, выпуск 1 жидкого чугуна из конвертера в ковш с металлом, присадку под струю чугуна оставшегося количества ферросиликокальция 20-40% (1,2-0,6 кг/т стали выдержка металла в ковше 7-10 мин, продувка металла в ковше аргоном в течение 5-10 мин, разливка металла йа слитки. Пример, В конвертер заливают 130 т полупродукта, содержащего, %: С 3,4 и V 0,04, температура его со тавляет 1410°С, Продувку осуществляют через трехсопловую фурму с интенсивностью подачи кислорода 1,7-2,2 нм /т при. высоте фурмы над ванной 2,0-2,5 м в течение первых трех минут и 0,7-1,4 м - в остальное время продувки, На второй минуте присаживают 1,8 т извести и 0,7 т плавикового шпата, на третьей минуте 1 т марганцевого агломерата и 1 т же лезной руды, на седьмой минуте - 0,5 извести с Через 15 мин после начала продувки фурму поднимают, конвертер наклоняют и берут пробу металла, замеряют его температуру, которая составляет , Через 5 мин получают анализ металла: содержание, %: углерод 0,42, ванадий 0,015, сера 0,025, фосфор 0,020. Состав чугуна в миксере следую щий, %:С 4,3, V 0,47, Si 0,20, Мп 0,24, Ti 0,12, Р 0,04 и S 0,035 температура чугуна . Из расчет требуемого содержания углерода в готовой стали, %: 0,71-0,82 и ванадия 0,03-0,07 заказали 10 т чугуна (7,1% от веса плавки) и начинают выпуск металла из конвертера. По ходу выпуска под струю металла присажи вают в ковш 1600 кг силикомарганца и 300 кг ферросиликокальция. Чере 4 мин выпуск металла заканчивается, еще через 1 мин в шлаковую чашу сливают шлак из конвертера и приступают к заливке чугуна в конвертер, через 0,5 мин 10 т чугуна заливают в конвертер. Конвертер наклоняют в г ризонтальное положение и слегка пока чивают. Через 3 мин чугун сливают живают 120 кг силикокальция. После слива чугуна, который длится 0,5 ми и восьмиминутной выдержки ковш с метал лом подают на установку для продувки металла аргоном. Температура металла перед продувкой было 1540°С, после 496 семиминутной продувки с интенсивностью 0,7 она составила 1525 С. Ковш подают на разливку. Химический состав готового металла, %: С 0,77, Мп 0,80, V 0,05, Si 0,31, Ti 0,005, S 0,027 и Р 0,028. Рассмотрим граничные параметры процесса. Требуемая температура металла 1580 С получена при содержании, %: С 0,10. При таком низком содержании углерода в металле практически ванадия не будет. Для обеспечения заданного содержания углерода в рельсовой стали 0,710,82% необходимо будет долить 15%-ного чугуна (23 т), при этом будет введено V 0,07%, т.е. ванадий будет получен на верхнем пределе (допускается содержание ванадия до 0,1%), Выдержка чугуна в конвертере должна быть 5 мин для обеспечения нагрева чугуна до 1480 С. В этом случае целесообразно заменить силикомарганец ферромарганцем и дать корректирующие присадки ферросилиция. 1800 кг углеродистого ферромарганца вносят 126 кг углерода, т.е. столько, сколько 3 т чугуна, тем самым добавка чугуна составляет не 23, а 20 т. В случае получения заданной температуры при содержании %: углерода в металле 0,55 (верхний предел) необходимо будет ввести в ме талл всего 0,22% С, для. этого понаДобится около 5% чугуна (7 т), он внесет 0,023% ванадия, что при остаточном содержании ванадия 0,015% обеспечит получение около 0,04% ванадия в металле, что вьш1е требуемого нижнего предела. При таком малом расходе чугуна достаточна вьщержка его в конвертере в течение 2 мин. Как показывает исследование и опытная проверка, по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят способ легирования стали путем доливЧ ки ванадийсодержащего чугунаfzj , предлагаемый способ обладает рядом преимуществ. Он позволяет экономить 10% ванадия благодаря исключению угара его при контакте с окисленным металлом и шлаком, исключает случаи выброса металла и шлака из конвертера, что создает безопасные условия работы в цехе и позволяет в промьшшенных масштабах применять предлагаемый способ. Кроме того, он разрешает снизить Температуру металла перед выпуском плавки на 20-30 С, что позволяет увеличить расход лома и охладителей и экономически выгодно/ за счет использования рациональной технологии раскисления повышаются механические свойства рельсов. Благодаря расширению производства рельсов первой группы с ванадием увеличивается доля рельсов с повышенной эксплуатационной стойкостью (на 33%). Вследствие исключения присадок феррованадия для легирования стали 10 8 исключается связанное с производством его загрязнение окружающей среды (выделение газов в атмосферу, отходы в виде шпаков и хвостов при обогащении шлаков, загрязнение атмосферы и воды при химической переработке шпаков) . Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения составляет 1,89 руб/т стали.

СПОСОБ ВЬШЛАВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, включающий продувку металла в конвертере до содержания углерода ниже марочного, науглероживание и модифицирование металла природнолегированг: .ным, содержащим ванадий и титан чугуном в количестве 5-15% от веса металла, раскисление металла в ковше ферромарганцем, силикомарганцем и силикокальцием и продувку инертным газом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угара раскислителей, предотвращения выбррсов и резкого охлаждения металла, после выпуска металла и шлака природнолегированный чугун заливают в конвертер, где осуществляют его выдержку в течение 2-5 мин, а затем сливают в « ковш с металлом, при этом 20-40% общего количества силикокальция вводят под струю чугуна.